第四章飞机交流电源系统
飞机输配电系统的控制及保护
检测发电机与电网 之间旳电压差
进行或运算 产生合闸信号
对合闸信号 放大
控制发电机投 入电网
自动并联装置原理电路
可控硅(SCR: Silicon Controlled Rectifier)
（二）交流负载旳自动均衡
确保并联运营旳各发电机间负载相等 即：各台发电机输出旳有功功率和无功功
率相等
无功负载均衡(reactive load sharing)
供电系统要求：两台发电机旳负载分配，在总负载接近 两台发电机额定负载之和时，要求能够接近于均衡状态
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二、直流电源并联供电 直流电源投入电网旳条件
电源极性和电网极性相同 电源电压和电网电压相同
39
两台直流发电机并联原理图
要求： △I=I1I2=0
负载均衡旳概念
两台发电机并联，假如两台 发电机旳输出电流相等，各为负 载电流旳二分之一，则称负载分 配是均衡旳。
所以，未充分电旳蓄电池不应装机使用。
48
三、 交流发电机旳并联运营
交流发电机不并联运营旳优点
恒速传动装置之间不需要设置功率自动均衡装置，降低了 系统旳复杂性；
电气系统中某一部分旳扰动仅影响到与该台发电机有关旳 那一部分系统；
因为不需要考虑发电机负载均衡旳问题，能够充分利用单 台发电机旳全部容量
调整、控制与保护设备简朴，有利于提升系统旳可靠性
41
负载均衡旳条件
两个调压器所保持旳电压 相等，即U1=U2 两台发电机旳正线电阻相 等，即R+1=R+2
42
（二）提升负载分配均衡性旳措施
两台发电机旳转速不可能完全相同，引起 U1与U2不可能完全相同
各导线连接情况（拧紧、清洁情况等）不 同，接触器电阻不同，引起R+1与R+2不可能 完全相同
飞机电气系统（整理中）
第一章概述1 分析直流电源系统的优、缺点及其原因？优点：发电效率高、发电和系统重量轻、航空电子设备的电源装置重量轻、可靠性高、易实现不断供电及寿命周期费用低等。
缺点：1）随着电源容量的增加，低压直流电源系统的重量也增大。
2）飞行高度和速度的不断提高，使低压直流电源系统的工作条件恶化。
3）功率变换设备复杂、效率低。
2 飞机交流电源系统的优、缺点有哪些？优点：（1可以提高额定电压，使供电系统重量轻。
（2能够适应高空、高速的飞行条件。
（3交流电能容易变化。
缺点：（1恒速恒频交流电源系统中的恒速恒频传动装置（CSD）结构复杂、造价高、故障多、维护困难，是交流电源系统中故障率较高的一个部件。
（2交流电源系统中的控制与保护设备复杂，特别是并联运行时的控制保护更为复杂。
（3恒速恒频交流电源系统由于有恒速传动装置，无法用来启动发动机，必须另设启动设备。
3 提高飞机交流电源的电压有什么优点？由此带来的问题有哪些？可以减少输电线路上的电流，从而减轻电网重量；电压太高，绝缘材料的重量也会增加，并增加了熄弧的困难，影响人员安全。
4 航空交流电源的频率为什么定为400Hz？对发电机、电动机等旋转电机，提高频率一方面可以减少铁心体积，另一方面也使旋转电机的转速升高，但转速的升高受机械强度的限制，因此，只能增加电机的磁极对数来限制转速，这又会使电机结构变复杂；同时，频率升高还会使铁心的损耗加大，所以对旋转电机有一个最佳频率值。
5 飞机交流电网采用什么结构？有何特点？1）以机体为中心的三相四线制，2)中点不接地的三相三线制，第二章直流电源系统1.说明蓄电池的组成及参数;组成：极板、电解液、隔板、电池容器及附件组成参数：电动势、内电阻、放电电压、容量。
简述蓄电池容量的定义及其影响因素;蓄电池从充足电状态放电到终了电压时输出的总电量叫容量。
Q=I*T因素：活性物质的数量，极板与电解液的的接触面积，放电条件，维护使用。
2.掌握铅酸蓄电池和镍镉蓄电池的极板材料和放电化学反应方程式;铅酸蓄电池：正极板：二氧化铅—PbO2 ，负极板：铅—Pb 电解液：硫酸+水—H2SO4Pb＋2H2SO4＋PbO2放电→PbSO4＋2H2O＋PbSO4镍镉蓄电池：正极板：氢氧化镍Ni(OH)3 负极板：金属镉Cd 电解液：氢氧化钾KOH水溶液Cd + 2Ni(OH)3→Cd(OH)2 + 2Ni(OH)23.简述铅酸蓄电池和镍镉蓄电池的常见故障及使用注意事项;铅酸蓄电池：（1）自放电现象(2)极板硬化（3）活性物质脱落注意事项：1尽量避免大电流充放电、过充电，放电及剧烈震动；电池经全放电后，应立即进行充电；平时电池应处于充满电的状态，2使用中不能使极板暴露出电解液面，3使用中若不能经常全充全放，应隔一个月左右进行一次全充全放电，4在寒冷地区使用铅酸电池，勿使用完全放电，以免电解液因浓度过低而凝固，5保持清洁干燥，6新电池或经处理后干保存的电池，应存放在5-35摄氏度的通风干燥的室内。
飞机电源系统
飞机电源系统现代飞机战术技术水平在迅速地发展和提高，为了完成复杂的飞行任务并保证飞行安全，需要装配大量先进机载设备。
在飞机上，航空发动机是机械能源，称为一次能源，向机载设备提供的能源称为二次能源。
二次能源主要有液压能、气压能和电能。
由于电能易于输送、分配、变换和控制，绝大部分机载设备采用电能工作。
随着电气技术水平的提高，国外正在研制“全电飞机”，它将用电能全部取代飞机液压能和气压能。
飞机上用来产生电能的设备组合（电源及其调节、控制和保护设备）称为飞机电源系统，电源系统中有主电源、辅助电源、应急电源和二次电源，飞机上用来传输、分配、转换和控制电能的导线和设备按一定方式组合起来，称为飞机配电系统或飞机电网。
飞机电网主要由传输电能的导线和电缆、防止导线和设备受短路或超载危害的保护装置、配电装置、电源、用电设备的控制和转换装置及电源检查仪表等组成。
电源系统与配电系统总称为飞机供电系统。
依靠电能工作的设备称为用电设备，供电系统与用电设备总称为飞机电力系统。
飞机主电源由发电机及其传动、调节、控制、保护装置等组成，向正常飞行的飞机用电设备供电。
主电源不工作时由辅助电源或地面电源供电。
常用的辅助电源是航空蓄电池或辅助动力装置驱动的发电机。
在飞行中主电源一旦发生故障不能正常供电时，由应急电源供电。
常用的应急电源有航空蓄电池和风动涡轮发电机。
二次能源（以下简称次电源）是将主电源一种型式的电能转变为不同电压、不同电流和不同质量电能的设备，以满足不同用电设备对不同形式电能的要求。
电源和混合电源。
混合电源就是同时采用两种主电源。
各种电源与其调节、控制、保护装置及电网一起组成供电系统。
这些供电系统在飞机发展的不同时期都发挥了它们的作用。
同时在使用中也看出了它们的优缺点。
因此，随着飞机的发展各国都在改进和研制较理想的供电系统。
一、低压直流供电系统（一）低压直流供电系统的优点在飞机发明后的半个世纪里，低压直流供电系统一直充当飞机主电源是因为它有突出的优点：1. 容易实现多台发电机与蓄电池的并联供电，保证不中断供电，供电安全可靠。
第四节飞机电气系统
航空蓄电池——一种化学电源，是化学能和电能 相互转换的装置。放电时，它把化学能转化为电能，向 用电设备供电；充电时，它又将电能转化为化学能储存 起来。
当飞机主电源采用直流电源系统时，航空蓄电池 通常与直流发电机并联供电。
正常飞行时，航空蓄电池处于被充电状态； 某些短时工作的“尖峰”用电设备工作时，作为电源系统的 辅助电源，与发电机并联一起向用电设备供电； 当发电机损坏时，作为应急电源向重要负载供电； 在应急状态下，还用作为起动发动机的电源 在地面时，又作为机上检查用的电源。
容量：30、40、60、90、120KVA 辅助电源：APU.G ； 应急电源：BAT 、INV 、RAT 、HMG 二次电源：TRU 特点：恒装的采购费用、维修费用、寿命周期费用 高；重量重、效率低、供电质量差；可靠性和可维 修性也较差。恒频。
（5）变速恒频交流电源系统（VSCF） 结构示意图：
碱性蓄电池有银锌蓄电池和镍铬蓄电池，它们的 电解质都是氢氧化钾。
银锌蓄电池的突出优点是体积小、重量轻、容量大、放电电 压平稳、自放电小；其缺点是寿命短、容易产生内部短路故障， 而且造价很高。
镍铬蓄电池与银锌蓄电池一样，也具有能适应大电流放电和 自放电小等优点；其突出的优点是寿命长，另外其低温性能好、 结构牢固、使用维护简便；其主要缺点是原材料来源少，因此造 价很高。
4）直流发电机的优缺点
缺点：可能产生电弧，烧毁换向器。 优点：并联比较容易，只要直流电压相等，正负极正确就可以通过电 源并联的方式提高供电系统的稳定性，飞机上通常用直流发电机和蓄 电池并联供电。直流发电机还可以作为起动发电机使用。
5）交流发电机的优缺点
优点：交流发电机没有换向器，不会产生火花，可靠性高，重量轻。 缺点：交流电并联比较困难，需要交流电的幅值、频率和相位完全 一致，否则并联时可能会损坏发电机，因此交流电通常不进行并联 供电。
飞机电源系统课件
电源控制板
控制电源的参数，使电 源系统适应不同的飞行
状态和用电需求。
电源保护装置
保护电源系统免受故障 影响，防止因故障导致 电源系统损坏或飞机安
全事故。
03
CHAPTER
飞机电源系统的特性与性能 指标
电源系统的特性
独立性
高效性
飞机电源系统应具备独立性，即使在飞机 其他系统出现故障的情况下，仍能保持正 常供电。
通过调节励磁电流或转子电流，控制输出电 压和频率。
配电系统工作原理
根据用电设备的需要，将电能进行合理的分 配。
电源保护装置工作原理
通过检测电流、电压等参数，在出现故障时 切断电源或报警。
电源系统的关键部件
发电机
作为电源系统的核心部 件，其性能直接影响整
个电源系统的性能。
配电系统
负责合理分配电能，保 证用电设备的正常运行
A 输出电压和频率
电源系统的输出电压和频率应符合 国际标准，以保证与飞机上其他设
备的兼容性。
B
C
D
启动性能
电源系统应能在各种极端条件下快速启动 ，并保持稳定运行。
能源效率
电源系统的能源效率是衡量其性能的重要 指标，高效率的电源系统可以降低能源消 耗和减少对环境的影响。
电源系统的安全与可靠性
过载保护
电源系统应具备过载保护功能，当输出电流超过允许值时 ，能够自动切断电源或降低输出功率。
短路保护
当电源系统发生短路时，应能迅速切断电源或降低输出电 压，以防止设备损坏和火灾事故。
接地保护
为了防止触电事故，电源系统应采用接地保护措施，确保 设备外壳与大地相连。
故障诊断与处理
电源系统应具备故障诊断与处理功能，当发生故障时，能 够自动检测、定位和隔离故障，并采取相应的措施，如切 换到备用电源或发出警报提示。
第四章飞机交流电源系统
（二）恒速传动的三种情况
1、恒装输入轴转速为制动点转速时
液压马达不转动时，（ n12 0）发动机通过差动齿轮系驱动发电机， 正好保持发电机转速为额定值所需要的输入轴转速 称n为1 制动点 转速。可由（4-6）令 n12 0 而求得：
（一）以机体为中线的三相三线制 实际上相当于三相四线制，只是以机体作中线而省去一根导线。这 种供电系统重量轻，单相负载的通、断及保护装置都比较简单，对 机上人员来说比较安全。 （二）中点不接地的三相三线制 单相负载的电压为线电压，缺点是单相负载的电压只有单一的一种 线电压。 （三）以单相为主而兼有三相的供电系统 它的交流电源是借助一台三角形联接的三相有刷交流同步发电机发 电的，但它只主用其中的 C2 C3 相以提供单相交流电源。
2、传动比
假定游星齿轮架 Z 2 的转速 n 2 输入环形齿轮 Z 3 （或 Z 4 ）的转速 n 3（或 n 4 ） 输出环形齿轮 Z 8 （或 Z 7 ）的转速 ，规定顺时针转动为正方向。 输入环形齿轮与输出环形齿轮之间的传动比为：
由式4-1可以求得 输出转速
i47
i38
Z7 Z4
n7Z Z7 4n4Z4Z7Z7n2
第三节恒速传动装置
一、概述 （一）恒速传动装置的位置 （二）轴向齿轮差动液压机械式恒速传动装置的基本组成 液压机械式恒速传动装置的主要组成包括传动系统、滑油系统、 调速系统和保护系统。 恒速传动装置输出轴的转速是由两部分合成的，一是发动机输入 轴的转速经过差动游星齿轮系直接传输的转速，它随发动机转速 的变化而变化。两者合成使恒速传动装置输出轴转速保持恒定。
四、正差动状态和负差动状态时的工作情况
飞机电源系统课件
效率原则
电源系统应尽可能减少能源浪 费，确保能源高效利。
适应性原则
电源系统应能适应各种环境飞 行条件，包括高海拔、高温、
极寒等极端环境。
模块化设计
便维护升级，电源系统应采模 块化设计。
电源系统实现方案与流程
01
02
03
方案一
直流电源系统：采直流发 电机飞机提供电力，该方 案结构简单、成本低，但 维护较困难。
整流器由硅整流二极管组成，利二极 管单向导电性将交流电转换直流电。
变压整流器变压原理
当交流电通过变压器时，由电磁感应 原理，变压器次级线圈电压发生变化 。根据需可选择升压或降压。
电源系统控制与保护技术
电源系统控制技术
确保电源系统稳定运行，需采各种控制技术，如自动励磁调 节、自动电压调节、自动频率调节等。些控制技术可自动调 整发电机输出电压、频率相位，满足负载需求。
正常运行。
05
飞机电源系统发展趋势与展 望
飞机电源系统技术发展趋势
高压直流电源系统
布式电源系统
随着技术进步，高压直流电源系统飞机得 广泛应具更高效率可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ布式电源系统将多小型发电机散布置飞机 提高电源系统可靠性冗余性。
电力电子与电力变换技术
能源多元化
电力电子与电力变换技术应使得飞机电源 系统能够实现更高效、灵活能源管理。
飞机电源系统维护与保养
日常维护
定期飞机电源系统进行检查，包括发电机、变压整流器、电缆等部件外观检查、性能测 试清洁保养。还需电源系统运行参数进行监控，确保其正常范围内。
定期保养
根据飞机使情况制造商推荐，制定定期保养计划。保养内容可能包括更换磨损部件、清 洗积炭、检查电气连接等。保养完成后，需进行全面功能测试性能评估，确保电源系统
第4章 交流电源系统
调速系统组成
离心调速器
伺服油缸
保护系统作用
在恒速传动装置出现故障时，可以将发 电机与恒速传动装置脱开，以保护整套 机构不被损坏。
三、液压机械式恒速传动装置的简要工作原理
制动点转速
定义：为保持发电机转速在额定值所需要的恒 装输入轴转速(液压马达不转动）
液压机械式恒装三种工作状态
•1. 零差动工作状态；恒装输入轴转速等于制动点 转速时的工作状态 要点：液压马达不转动
Hydraulic Differential
Today's 60 kVA System IDG--71Lbs. Controls--9Lbs. Per Channel
Geared Differential 2 IDG Total Sundstrand System 1955 1965 1975Year 1985
0 1945
二、液压机械式恒速传动装置的主要组成
传动系统 滑油系统 调速系统 保护系统
液压机械式恒速传动装置
发动机
输入 脱开装置
游星齿轮架 中心齿轮
至转速调节系统 摇臂
液压泵 液压马达 发电机
滑油系统
差动齿轮系
传动系统组成
液压泵-液压马达 差动齿轮
滑油系统作用
对齿轮系统起润滑作用 对齿轮系统起散热作用 作为液压泵与液压马达组件传递功率的 介质
以单相为主而兼有三相的供电系统
汇流条
A
单相负载 自动驾驶仪
B
C
优点：节省导线 缺点：较多
交流供电质量的指标：
• 电压 • 频率
主要技术性能
• 额定电压：交流电网：115/200V 发电机： 120/208V
• 额定容量：交流发电机三相总视在功率
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一、飞机电源系统的发展概况
（一）飞机电源系统安装容量的增长 早期的中小型飞机的机载电源是以直流为主的。中型涡轮螺旋
桨飞机上，出现了交、直流发电机共有的情况。大型飞机以交流电源 为主。 (二)飞机电源发展的几个阶段
按照飞机动力装置的发展情况，可分为以下几类： 1、活塞式飞机的电源概况 采用28V的低压直流电源系统，电源容量只有几kW至十几kW，以蓄 电池作为应急电源，少量负载用的交流电源则由旋转变流机提供。 2、涡轮螺旋桨飞机的电源概况 自50年代以来，在一些飞机上逐渐发展和采用了交流电源系统，交 流与直流电源并重 3、喷气式飞机的电源概况 喷气式飞机的电源系统均以交流电作为主电源。
（一）以机体为中线的三相三线制 实际上相当于三相四线制，只是以机体作中线而省去一根导线。这 种供电系统重量轻，单相负载的通、断及保护装置都比较简单，对 机上人员来说比较安全。 （二）中点不接地的三相三线制 单相负载的电压为线电压，缺点是单相负载的电压只有单一的一种 线电压。 （三）以单相为主而兼有三相的供电系统 它的交流电源是借助一台三角形联接的三相有刷交流同步发电机发 电的，但它只主用其中的 C2 C3 相以提供单相交流电源。
四、正差动状态和负差动状态时的工作情况
（一）正差动工作方式 （二）负差动工作方式
第三节恒速传动装置
一、概述 （一）恒速传动装置的位置 （二）轴向齿轮差动液压机械式恒速传动装置的基本组成 液压机械式恒速传动装置的主要组成包括传动系统、滑油系统、 调速系统和保护系统。 恒速传动装置输出轴的转速是由两部分合成的，一是发动机输入 轴的转速经过差动游星齿轮系直接传输的转速，它随发动机转速 的变化而变化。两者合成使恒速传动装置输出轴转速保持恒定。
（一）传动关系和传动比
1、传动关系
任何两个外接齿轮转动方向总是相反的，而内接齿轮的转向总是相 同的。
输入齿轮反时针旋转——游星齿轮架顺时针旋转——带动装在齿轮 架上的两组游星齿轮旋转
1、液压马达不转时，第一组游星齿轮反时针——第二组游星齿轮顺 时针——输出环形齿轮顺时针——输出齿轮反时针 2、液压马达顺时针转动——输入环形齿轮反时针转动——第一组游 星齿轮反时针——与前述相同——输出齿轮转得更快 3、液压马达反时针转动——输出齿轮顺时针方向转动——输出齿轮 反时针方向的转速降低。
n1
1 2
Z9 Z8
Z2 Z1
n9
输入转速等于制动点转速下的工作方式称为零差动工作方式。 2、恒装输入轴转速低于制动点转速时 在这种情况下，单靠机械传动，发电机的转速低于额定转速，为了 保持发电机恒速，必须由液压马达的转动补偿。 正差动工作方式 3、恒装输入轴转速高于制动点转速时 此时，单靠机械传动，发电机转速将高于额定转速，液压马达输出 齿轮反时针方向转动。
第二节飞机交流电源系统的基本形式及主要参数
（一）变速变频交流电源系统 在变速变频交流电源系统中，交流发电机是由发动机通过减速器直 接传动的，它输出交流电的频率是随发动机转速的变化而变化的。 （二）恒速恒频交流电源系统 优点:1、对飞机上的各类负载都适用 2、恒频交流发电机可单台运行，也可以并联运行，而且电气性能好， 供电质量高。 （三）变速恒频交流电源系统 恒速传动装置结构复杂，成本高，可靠性低，维护比较困难。出现 了变速恒频系统。
第四章飞机交流电源系统
飞机电源：作用是产生和传输电能以供机上各种用电设备用电。 现代飞机电源系统一般由主电源、二次电源、应急电源和辅助电源组 成。 主电源系统：是飞机上全部电器负载的能源 二次电源：用来变换主电源的电压、电流或频率的电源设备；应急电 源：作为一个独立的电源系统，当主电源系统失效时由应急电源向机 上重要用电设备供电。 辅助电源系统：航空发动机不运转时，由辅助动力装置驱动而发电。 常用于地面检查，在空中也可用于给机上用电设备供电。
Z4 Z7
n4
பைடு நூலகம்
Z4 Z7 Z7
n2
n9
2 Z8 Z9
Z1 Z2
n1
Z8 Z9
Z12 Z3
n12
（二）恒速传动的三种情况
1、恒装输入轴转速为制动点转速时
液压马达不转动时，（ n12 0 ）发动机通过差动齿轮系驱动发电机， 正好保持发电机转速为额定值所需要的输入轴转速 称n为1 制动点 转速。可由（4-6）令 n12 0 而求得：
二、飞机交流电源系统供电方式的分类
（一）并联供电 将多台频率相同的交流发电机并联起来，同时向机上所有汇流条 供电，称为并联供电。优点是发电机利用率高，系统工作可靠。 （二）单独供电 在正常状态时，每台发电机单独向各自的汇流条供电，只在故障 时实行转换，这种方式称为单独供电。
三、交流电网供电馈线的连接方式
2、传动比
假定游星齿轮架 Z 2 的转速 n2 输入环形齿轮 Z 3 （或 Z 4 ）的转速 n3（或 n4 ） 输出环形齿轮 Z 8 （或 Z 7 ）的转速 ，规定顺时针转动为正方向。 输入环形齿轮与输出环形齿轮之间的传动比为：
由式4-1可以求得 输出转速
i47
i38
Z7 Z4
n7
二、交流电源系统的主要优缺点
（一）为什么要用交流电源作为主电源 1、电源容量的增加，要求提高电压以减轻重量 2、飞机电源工作环境条件的变化，迫使采用交流电源。 3、电压和功率变换的要求
（二）交流电源系统的主要优缺点
1、主要优点： （1）交流发电机工作可靠性大大提高。 （2）电源电压的提高，使交流发电机和电网设备重量大大减轻。 （3）交流电能易于变换，即易于变压和整流。 2、主要缺点： （1）恒速传动装置结构复杂，造价高、故障多，维护困难。 （2）交流电源系统的控制保护设备比较复杂，特别是并联运行 时的控制保护更为复杂。
二、差动游星齿轮系的工作原理
恒装输出齿轮的转速由恒装输入齿轮的转速（决定于发动机）和输入 环形齿轮的转速（决定于液压马达输出齿轮转速）共同决定。 恒速传动装置的基本工作原理：液压马达输出齿轮的转速是自动调节 的，恒装输入转速随发动机变化时，相应改变液压马达输出齿轮的转 速，就可以保持恒装输出转速恒定。